Optik-Labor

Welche Linsen braucht man bei Kurz- oder Weitsichtigkeit? Konvex, konkav - perplex?! Physikalische Phänomene sind in allen Bereichen des täglichen Lebens präsent - dennoch wird für viele Lernende der Bezug zwischen Physikunterricht und Lebenswelt nicht immer deutlich. Das Programm "Optik-Labor" soll auf einfache und verständliche Art das Interesse für physikalische Zusammenhänge wecken. Es belegte beim Jugendsoftwarepreis 2007 in der Kategorie "Interaktive Präsentation, Sekundarstufe I" den ersten Platz.

Aufbau

Abb. 1: Arbeitsplatz

Jedes Kapitel beginnt mit einen kurzen Theorieteil, danach können die Schülerinnen und Schüler einen interaktiven Versuch oder auch mehrere Experimente durchführen. Das Programm bietet zwei verschiedene Benutzeroberflächen an: Eine einfach gestaltete, die auf praktisch jedem Rechner funktionieren sollte, und eine grafisch ansprechende Labortisch-Variante mit Steckern, Schaltknöpfen und Lauflicht-Display (Abb. 1, Platzhalter bitte anklicken). Von der gewählten Benutzeroberfläche aus lassen sich fünf verschiedene Themenbereiche ansteuern. Zum Abschluss einer Unterrichtseinheit können die Schülerinnen und Schüler das Erlernte in einem kurzen Quiz überprüfen und vertiefen.

Inhalte

Abb. 2: Prisma

Was ist der Unterschied zwischen additiver und subtraktiver Farbmischung? Was unterscheidet "normales" Licht von einem Laser? Warum kann auch ein schwacher Laserstrahl dem Auge gefährlich werden? Die Software bietet verschiedene virtuelle Versuche zu folgenden Themen an:

• Additive Farbmischung
  Mithilfe von Schiebereglern können Schülerinnen und Schüler Lichtkegel in den drei Grundfarben Rot, Grün und Blau erzeugen, die sich mithilfe der Maus überlagern lassen. Die Betrachter erkennen schnell die Effekte der Farbmischung und gewinnen die Erkenntnis, dass auch weißes Licht auf einer Farbmischung basiert.
• Subtraktive Farbmischung
  Mittels des gleichen Versuchsaufbaus, jedoch mit den Farben Gelb, Magenta und Cyan, wird die in der Drucktechnik angewandte Technik demonstriert und die Erkenntnis vermittelt, dass die Mischung der Farben nun zu Schwarz führt.
• Das Prisma
  Diesmal bildet eine Lichtquelle aus den drei Grundfarben Rot, Grün und Blau einen Lichtstrahl, der durch ein Prisma geschickt wird (Abb. 2). Die Betrachter erkennen sehr schnell, dass unterschiedliche Farben unterschiedlich stark gebrochen werden und dadurch Licht wieder in seine Komponenten zerlegt werden kann.
  
• Linsen
  Zunächst erläutert das Programm die Begriffe konkav und konvex mit den allgemein üblichen Bezeichnungen Zerstreuungslinse und Sammellinse und stellt sie grafisch dar. Mit der Maus schieben die Schülerinnen und Schüler dann den ausgewählten Linsentyp über ein Hintergrundbild und beobachten als Effekt eine Vergrößerung oder Verkleinerung.
  

• Laser
  Neben der Erklärung des Begriffs Laser liefert das Programm Informationen zum Einsatz in Medizin und Technik. Eigenschaften von Lasern, ihre Klassifizierung nach Strahlungsstärke und Wellenlängen, sowie die Besonderheiten im Vergleich zu normalem Licht werden mit leicht verständlichen Grafiken anschaulich erklärt. Eine animierte Grafik verdeutlicht die Funktionsweise eines Laserprojektors.
  

Einsatz im Unterricht

Die Software kann im Physikunterricht zum Einstieg in das Thema Optik oder als Ersatz realer optischer Versuche eingesetzt werden. Der Vorteil der virtuellen Experimente liegt darin, dass Zeit- und Materialaufwand (Linsen, Prismen, Lichtquellen, Laser) für reale Schülerversuche entfallen. Dennoch kann die Lerngruppe selbst gefahrlos experimentieren.

Kurzinformation

Download

Zusatzinformation

• Jugendsoftwarepreis
  Die hier vorgestellte Software wurde im Rahmen des Jugendsoftwarepreises entwickelt und prämiert.

Informationen zum Autor

Stefan Oechslein besucht die siebte Klasse des Progymnasiums der Minerva-Schulen in Basel. Mit seinem Programm "Optik-Labor" belegte er beim Jugendsoftwarepreis 2007 in der Kategorie "Interaktive Präsentation, Sekundarstufe I" den ersten Platz.